论文部分内容阅读
MILD燃烧技术具有反应速率低、热流分布均匀、峰值温度低等特点。与富氧燃烧相结合的富氧MILD燃烧技术同时还兼具低成本捕获CO2的优势。水蒸气和N2相比具有高比热容、强辐射能力、与焦炭发生气化反应等特点，能降低煤粉反应速率和炉内温度，因此以水蒸气来促进煤粉MILD燃烧的实现具有理论上的可行性。本文将从水蒸气浓度和流速两方面开展数值模拟研究，重点针对水蒸气对煤粉空气MILD燃烧和富氧MILD燃烧的影响进行研究，研究结果对于深入揭示煤粉MILD燃烧这种新型燃烧方式的燃烧机理具有重要的科学意义。 本文首先基于IFRF的实验台架对煤粉的常规空气燃烧及空气MILD燃烧进行了数值计算，分别从炉内的冷态和热态两方面分析了两种燃烧方式的显著差异，研究发现空气MILD燃烧具有回流区面积大、卷吸作用强、温度分布均匀、气化比例高、NO排放低等特点。 随后，本文模拟研究了水蒸气浓度对煤粉MILD燃烧的影响规律，分别探讨了O2/N2和O2/CO2气氛下不同氧浓度和水蒸气浓度对燃烧的影响，对比分析了不同氧气和水蒸气浓度下的流场、温度分布、焦炭反应性以及NO排放，并比较了不同气氛对MILD燃烧的影响。结果表明，O2/N2气氛下，增加水蒸气浓度使炉内温度更为均匀、炉内峰值温度下降、焦炭的气化比例上升、同时降低了热力型NO和燃料型NO；O2/CO2气氛下，增加水蒸气使主燃区的径向温度变化幅度增大，峰值温度上升，还原区面积增大，燃料型NO排放减少。且水蒸气浓度为30％时，35%O2浓度下的O2/CO2气氛可得到与28%O2浓度下的O2/N2气氛相似的炉内温度分布。 最后，本文模拟探讨了水蒸气流速对煤粉MILD燃烧的影响规律，通过改变水蒸气喷口的大小，分别讨论了O2/N2和O2/CO2气氛下水蒸气速度对燃烧的影响，分析了不同水蒸气流速下的流场分布、温度分布、焦炭反应性以及NO排放，并探究不同气氛对MILD燃烧的影响。研究发现，O2/N2气氛和O2/CO2气氛下，增加水蒸气流速使一、二次风的混合点提前，烟气卷吸作用增强，温度分布更均匀，焦碳的氧化反应比例大幅上升，低氧浓度区域面积减少，燃料型NO排放增加。但在O2/N2气氛下，较小水蒸气流速下热力型NO的抑制作用占主导地位；而较大流速下燃料型NO的促进作用占主导地位，因此热力型NO和燃料型NO之和随着水蒸气流速的增加先减小后增大。